A*算法 求最优解

算法一直维护两个表: Open和Close

  • 将起点S加入Open中

  • 将所有S可到达的点(障碍物以及位于Close表中的点均看成不可达)加入到Open中。将起点从Open中删去,并加入到Close中

  • ①从Open中删去F值最小的点Min,并将其加入到Close中

  • ②将Min点所有可到达的点加入Open中,并设这些点的父节点为Min。若某点已经在Open中,则比较其F值,若新路径F值较小,说明从Min走路更短,更新其父节点为Min;否则不更新此点

  • 循环①②,直到Open中出现目的点E

公式表示为: f(n)=g(n)+h(n),

其中 f(n) 是从初始状态经由状态n到目标状态的代价估计,

g(n) 是在状态空间中从初始状态到状态n的实际代价,

h(n) 是从状态n到目标状态的最佳路径的估计代价。

通俗一点讲:

g(n)代表你从起始点到下一点的实际距离(制定到下一点的距离的规则)

h(n)是自己设计的函数,可以是到目的地大致的距离


可将循环过程封装成函数:

    while (isNotEnd()) {
        Find_deleteMinFromOpen_AddToClose();
        putReachableIntoOpen(close.back());
    }

举个栗子:

对于以下图:5行15列

000000000000000

0000000x0000000

00s0000x0000e00

0000000x0000000

000000000000000

其中x为墙壁,s为起点,e为终点,建立合适的模型,调用A star算法,找到一条s到e的最短路径。

取直走G值为10,斜走G值为14

这里H值设定为无视障碍到达终点所需的 步数*10

我们看开始的几步:

000000000000000

0000000x0000000

00s0000x0000e00

0000000x0000000

000000000000000

灰色的点G=10,H=9*10 ,其F值最小,加入Close


000000000000000

0000000x0000000

00s0000x0000e00

0000000x0000000

000000000000000

灰色的点G=10+10,H=8*10 ,其F值最小,加入Close


000000000000000

0000000x0000000

00s0000x0000e00

0000000x0000000

000000000000000

灰色的点G=10+10+10,H=7*10 ,其F值最小,加入Close


000000000000000

0000000x0000000

00s0000x0000e00

0000000x0000000

000000000000000

灰色的点G=10+10+10+10,H=6*10 ,其F值最小,加入Close


以此循环,直到e在Open中,此时只需要沿着父节点往回走就可以到达起点了,这条路就是当前情况下最优的解


结果:


000000000000000

0000000x0000000

00s0000x0000e00

0000000x0000000

000000000000000



C++实现:

#include#include#include#includeusing namespace std;
char square[5][15] = {//待求数据
    '0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0',
    '0','0','0','0','0','0','0','x','0','0','0','0','0','0','0',
    '0','0','s','0','0','0','0','x','0','0','0','0','e','0','0',
    '0','0','0','0','0','0','0','x','0','0','0','0','0','0','0',
    '0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0','0'
};

class point {

public:
    point(char s) {
        v = s;
        G = 0;
        H = 0;
        F = 0;
    }
    pair ParentPosi;
    pair posi;
    char v;//value
    int F;
    int G;
    int H;
    int UpdateF() {
        F = G + H;
        return F;
    }
    int UpdateH() {
        int x = posi.first - 2;
        int y = posi.second - 12;
        x *= 10;
        y *= 10;
        if (x < 0) {
            x = -x;
        }
        if (y < 0) {
            y = -y;
        }
        H = x + y;
        return H;
    }
    void setPosi(pair x) {
        posi = x;
    }
    void setParentPosi(pair x) {
        ParentPosi= x;
    }
    void setG(int g) {
        G = g;
    }
    void setH(int h) {
        H = h;
    }
    point &operator = (point &s) {
        (*this).v=(s).v;
        (*this).ParentPosi = s.ParentPosi;
        (*this).posi = s.posi;
        (*this).F = s.F;
        (*this).G = s.G;
        (*this).H = s.H;
        return *this;
    }
};
vector open;
vector close;
point squ[5][15] = {
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,'x',0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,'s',0,0,0,0,'x',0,0,0,0,'e',0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,'x',0,0,0,0,0,0,0,
    0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0
};
bool isInOpenList(pair s) {
    for (int i = 0;i<open.size();i++) {
        if (open[i].posi == s) {
            return true;
        }
    }
    return false;
}
bool isInCloseList(pair s) {
    for (int i = 0;i<close.size();i++) {
        if (close[i].posi == s) {
            return true;
        }
    }
    return false;
}
void putReachableIntoOpen(point min) {
    int x = min.posi.first;
    int y = min.posi.second;

    int direc[8][2] = {
        0,1,
        1,1,
        1,0,
        1,-1,
        0,-1,
        -1,-1,
        -1,0,
        -1,1
    };
    for (int i = 0;i < 8;i++) {
        x = x + direc[i][0];
        y = y + direc[i][1];
        if (isInOpenList(make_pair(x, y))&&close.size()>0) {
            int tempi = 0;
            for (int i = 0;i < open.size();i++) {
                if (open[i].posi == make_pair(x, y)) {
                    tempi = i;
                }
            }
            if (direc[i][0] * direc[i][1] != 0) {//斜向
                int G_now = close.back().G + 14;
                if (G_now < open[tempi].G) { //G比较小就更新路径
                    open[tempi].ParentPosi = make_pair(x, y);
                    squ[open[tempi].posi.first][open[tempi].posi.second].ParentPosi = make_pair(x, y);
                }
            }
            else {
                int G_now = close.back().G + 10;
            }
            continue;
        }
        //既不在关闭也不在开启列表中而且可到达 就将其加入开启列表
        if ((!isInOpenList(make_pair(x, y))) && (!isInCloseList(make_pair(x,y)))&&x >= 0 && x < 5 && square[x][y] != 'x') {
            squ[x][y].setParentPosi(min.posi);
            open.push_back(squ[x][y]);
            if (direc[i][0] * direc[i][1] != 0) {//斜向
                squ[x][y].setG(squ[x][y].G+14);
            }
            else {
                squ[x][y].setG(squ[x][y].G + 10);
            }
            //cout << "(" << squ[x][y].posi.first << "," << squ[x][y].posi.second << ")" << endl;
        }
        x = x - direc[i][0];
        y = y - direc[i][1];
    }
    //cout << "------------------------" << "(" << x << "," << y << "):" << "------------------------" << endl;
}
void Find_deleteMinFromOpen_AddToClose() {
    point min_= open[0];
    int tempi = 0;
    for (int i = 0;i < open.size();i++) {
        if (open[i].UpdateF() < min_.UpdateF()) {
            min_ = open[i];
            tempi = i;
        }
    }
    close.push_back(min_);
    std::vector::iterator it=open.begin()+tempi;
    open.erase(it);
    //cout << "close:           (" << min_.posi.first << "," << min_.posi.second << ")" << endl;
    //cout << "closeSize()=" << close.size() << endl;
    //cout << "openSize()=" << open.size() << endl;
}
bool isNotEnd() {
    for (int i=0;i<open.size();i++) {
        if (open[i].v == 'e') {
            open[i].ParentPosi=close.back().posi;
            return false;
        }
    }
    return true;
}

void findPath(pair begin,pairend) {
    //将起点放入open
    open.push_back(squ[2][2]);
    putReachableIntoOpen(squ[2][2]);
    int tempi = 0;
    for (int i = 0;i < open.size();i++) {
        if (open[i].v == 's') {
            tempi = i;
        }
    }
    std::vector::iterator it = open.begin()+tempi;//删除起点

    
    while (isNotEnd()) {
        Find_deleteMinFromOpen_AddToClose();
        putReachableIntoOpen(close.back());
    }
}
void print_path() {
    for (int i = 0;i < 5;i++) {
        for (int j = 0;j < 15;j++) {
            squ[i][j].posi = make_pair(i, j);
            squ[i][j].UpdateH();//算出所有H
        }
    }//初始化point.posi

    findPath(make_pair(2,2),make_pair(2,12));
    point temp = squ[2][12];
    vector<pair> point_out;
    while (temp.posi!=squ[2][2].posi) {
        //cout << "(" << temp.posi.first << "," << temp.posi.second << ")" << endl;
        point_out.push_back(temp.posi);
        temp=squ[temp.ParentPosi.first][temp.ParentPosi.second];
    }
    point_out.push_back(squ[2][2].posi);
    while (point_out.size() != 0) {
        cout << "(" << point_out.back().first<< "," << point_out.back().second<< ")" << endl;
        point_out.pop_back();
    }
}
void print() {
    for (int i = 0;i < 5;i++) {
        for (int j = 0;j < 15;j++) {
            cout << square[i][j] << ' ';
        }
        cout << endl;
    }
}
int main() {
    //print();
    print_path();
    return 0;
}


Logo

加入社区!打开量化的大门,首批课程上线啦!

更多推荐